Kanthal AF hợp kim 837 resistohm alchrome Y hợp kim fecral

Kanthal AF là hợp kim ferritic sắt-crom-nhôm (hợp kim FeCrAl) được sử dụng ở nhiệt độ lên đến 1300°C (2370°F). Hợp kim này có đặc điểm là khả năng chống oxy hóa tuyệt vời và độ ổn định hình dạng rất tốt, giúp kéo dài tuổi thọ của chi tiết.

Kan-thal AF thường được sử dụng trong các bộ phận gia nhiệt điện trong lò công nghiệp và thiết bị gia dụng.

Ví dụ về các ứng dụng trong ngành thiết bị gia dụng là trong các thành phần mica hở cho máy nướng bánh mì, máy sấy tóc, trong các thành phần hình uốn lượn cho quạt sưởi và như các thành phần cuộn dây hở trên vật liệu cách điện bằng sợi trong các lò sưởi mặt kính gốm trong các bếp, trong các lò sưởi gốm cho bếp đun sôi, cuộn dây trên sợi gốm đúc cho các tấm nấu có bếp gốm, trong các thành phần cuộn dây treo cho quạt sưởi, trong các thành phần dây thẳng treo cho bộ tản nhiệt, lò sưởi đối lưu, trong các thành phần nhím cho súng hơi nóng, bộ tản nhiệt, máy sấy quần áo.

Tóm tắt Trong nghiên cứu này, cơ chế ăn mòn của hợp kim FeCrAl thương mại (Kanthal AF) trong quá trình ủ trong khí nitơ (4.6) ở 900 °C và 1200 °C được phác thảo. Các thử nghiệm đẳng nhiệt và nhiệt chu kỳ với tổng thời gian tiếp xúc, tốc độ gia nhiệt và nhiệt độ ủ khác nhau đã được thực hiện. Thử nghiệm oxy hóa trong không khí và khí nitơ được thực hiện bằng phân tích nhiệt trọng lượng. Cấu trúc vi mô được đặc trưng bằng kính hiển vi điện tử quét (SEM-EDX), quang phổ điện tử Auger (AES) và phân tích chùm ion hội tụ (FIB-EDX). Kết quả cho thấy quá trình ăn mòn diễn ra thông qua sự hình thành các vùng nitrat hóa cục bộ dưới bề mặt, bao gồm các hạt pha AlN, làm giảm hoạt động của nhôm và gây ra hiện tượng giòn và bong tróc. Các quá trình hình thành Al-nitride và sự phát triển của vảy Al-oxide phụ thuộc vào nhiệt độ ủ và tốc độ gia nhiệt. Người ta thấy rằng quá trình nitơ hóa hợp kim FeCrAl diễn ra nhanh hơn quá trình oxy hóa trong quá trình ủ trong khí nitơ có áp suất oxy riêng phần thấp và là nguyên nhân chính gây ra sự thoái hóa hợp kim.

Giới thiệu Hợp kim nền FeCrAl (Kanthal AF ®) nổi tiếng với khả năng chống oxy hóa vượt trội ở nhiệt độ cao. Tính chất tuyệt vời này liên quan đến sự hình thành lớp vảy nhôm oxit ổn định về mặt nhiệt động lực học trên bề mặt, giúp bảo vệ vật liệu khỏi quá trình oxy hóa tiếp theo [1]. Mặc dù có đặc tính chống ăn mòn vượt trội, tuổi thọ của các bộ phận được chế tạo từ hợp kim nền FeCrAl có thể bị hạn chế nếu các bộ phận này thường xuyên tiếp xúc với chu trình nhiệt ở nhiệt độ cao [2]. Một trong những lý do cho điều này là nguyên tố tạo vảy, nhôm, bị tiêu thụ trong ma trận hợp kim ở khu vực bên dưới bề mặt do quá trình nứt sốc nhiệt lặp đi lặp lại và hình thành lại lớp vảy nhôm oxit. Nếu hàm lượng nhôm còn lại giảm xuống dưới nồng độ tới hạn, hợp kim không còn có thể hình thành lại lớp vảy bảo vệ, dẫn đến quá trình oxy hóa tách rời thảm khốc do sự hình thành các oxit gốc sắt và gốc crom phát triển nhanh chóng [3,4]. Tùy thuộc vào bầu khí quyển xung quanh và độ thấm của oxit bề mặt, điều này có thể tạo điều kiện cho quá trình oxy hóa hoặc nitơ hóa bên trong tiếp tục diễn ra và hình thành các pha không mong muốn ở vùng bên dưới bề mặt [5]. Han và Young đã chỉ ra rằng trong hợp kim Ni Cr Al tạo thành vảy alumina, một mô hình phức tạp của quá trình oxy hóa và nitơ hóa bên trong phát triển [6,7] trong quá trình tuần hoàn nhiệt ở nhiệt độ cao trong khí quyển không khí, đặc biệt là trong các hợp kim có chứa các chất tạo thành nitrit mạnh như Al và Ti [4]. Vảy crom oxit được biết là có khả năng thấm nitơ và Cr2 N hình thành dưới dạng lớp vảy phụ hoặc dưới dạng kết tủa bên trong [8,9]. Hiệu ứng này có thể được dự kiến ​​là nghiêm trọng hơn trong điều kiện tuần hoàn nhiệt dẫn đến nứt vảy oxit và làm giảm hiệu quả của nó như một rào cản đối với nitơ [6]. Do đó, hành vi ăn mòn được chi phối bởi sự cạnh tranh giữa quá trình oxy hóa, dẫn đến sự hình thành/duy trì alumina bảo vệ và sự xâm nhập của nitơ dẫn đến quá trình nitơ hóa bên trong của ma trận hợp kim bằng cách hình thành pha AlN [6,10], dẫn đến sự bong tróc của vùng đó do sự giãn nở nhiệt cao hơn của pha AlN so với ma trận hợp kim [9]. Khi tiếp xúc hợp kim FeCrAl ở nhiệt độ cao trong khí quyển có oxy hoặc các chất cho oxy khác như H2O hoặc CO2, quá trình oxy hóa là phản ứng chủ yếu và hình thành cặn nhôm oxit, không thấm oxy hoặc nitơ ở nhiệt độ cao và bảo vệ chống lại sự xâm nhập của chúng vào ma trận hợp kim. Tuy nhiên, nếu tiếp xúc với khí quyển khử (N2 + H2) và vết nứt cặn nhôm oxit bảo vệ, quá trình oxy hóa tách cục bộ bắt đầu bằng sự hình thành các oxit Cr và Ferich không bảo vệ, tạo ra con đường thuận lợi cho sự khuếch tán nitơ vào ma trận ferritic và hình thành pha AlN [9]. Khí quyển nitơ bảo vệ (4.6) thường được áp dụng trong ứng dụng công nghiệp của hợp kim FeCrAl. Ví dụ, lò sưởi điện trở trong lò xử lý nhiệt có khí quyển nitơ bảo vệ là một ví dụ về ứng dụng rộng rãi của hợp kim FeCrAl trong môi trường như vậy. Các tác giả báo cáo rằng tốc độ oxy hóa của hợp kim FeCrAlY chậm hơn đáng kể khi ủ trong khí quyển có áp suất riêng phần oxy thấp [11]. Mục đích của nghiên cứu này là xác định xem quá trình ủ trong khí nitơ (99,996%) (mức tạp chất theo tiêu chuẩn Messer® O2 + H2O < 10 ppm) có ảnh hưởng đến khả năng chống ăn mòn của hợp kim FeCrAl (Kanthal AF) hay không và mức độ phụ thuộc vào nhiệt độ ủ, sự thay đổi của nhiệt độ (chu kỳ nhiệt) và tốc độ gia nhiệt.